Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Шахназаров Сергей Суренович

Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций
<
Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Шахназаров Сергей Суренович. Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций : ил РГБ ОД 61:85-5/1987

Содержание к диссертации

Введение

Глава І. Предпосылки и подходы к оценке технического состояния и ресурса эксплуатируемом строи тельной конструкции 9

1.1. Ранние подходы. Вероятностно-экономический подход 9

1.2. Вероятностные модели перехода эксплуатируемой строительной конструкций в предельное состояние. Модели отказов 13

1.3. Способы оценки физического износа строительных конструкций технико-экономическими показателями 24

Выводы и задачи исследования 26

Глава 2. Выбор, теоретическое обоснование и разработка модели описания процесса эксплуатации строительной конструкции - 28

2.1. Физический износ и параметрический отказ эксплуатируемой строительной конструкция 31

2.2. Выбор и обоснование математической модели формирования параметрического отказа эксплуатируемой строительной конструкции 35

Выводы 43

Глава 3. Разработка основ иншіернок методики оценки технического состлш и прогнозирования остаточного ресурса эксплуатируемой строи тельной конструкции 44

3.1. Методы оценки распределения несущей способности элементов строительной конструкции по результатам натурного обследования 44

3.2. Оценка технического состояния эксплуатируемой строительной конструкции как оценка безотказности многоэелементной системы 68

Прогнозирование безотказности и долговечности эксплуатируемой строительной конструкции на основе анализа закономерностей изменения ее несущей способности (параметра состояния) 82

3.4. Прогнозирование безотказности и долговечности эксплуатируемой строительной конструкции на основе анализа закономерностей изменения ее информативных параметров 100

Выводы 107

Глава 4. Способы сбора и методы обработки достоверной дошрмации, получаеіуюи при проведении натурного обследование констрлщии 109

4.1. Способы и методы оценки информативных параметров геометрий сечений элементов конструкций 111

4.2. Способы и методы оценки информативных параметров расчетной схемы конструкции 117

4.3. Способы и методы оценки информативных параметров механических свойств материала конструкции 121

4.4. Учет априорной информации при решении задач оценки технического состояния и остаточного ресурса конструкции 126

4.5. Технико-экономическое обоснование целесообразности проведения натурного обследования 135

Выводы 140

Основные выводы

Введение к работе

Многолетний опыт развития отраслей народного хозяйства убедительно показал, что реконструкция действующих предприятий в ряде случаев экономически более рациональна, чем новое строительство, поскольку средства, направляемые на эти цели, окупаются в среднем в 3 раза быстрее. Именно поэтому в исторических решениях ХХУ и ХХУІ съездов IfflCC и "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года" поставлена конкретная задача значительного увеличения в общем объеме капиталовложений доли средств, направляемых на реконструкцию.

Обследования и поверочные расчеты конструкций, выполняемые с целью оценки их технического состояния по критерию пригодности к дальнейшей эксплуатации,- свидетельствуют о том, что оценка технического состояния с использованием норм проектирования носит весьма условный и ограниченный характер и не позволяет корректно обосновать целесообразность проведения мероприятий по реконструкции действующих предприятий. Зто объясняется тем, что нормы проектирования лишь косвенно обеспечивают необходимый ресурс конструкции (путем различных ограничений, например: по наибольшим значениям напряжений ; по отклонениям размеров конструкции и ее элементов ; по дефектам изготовления ; по повреждениям, возникающим при транспортировании и монтаже конструкции) на момент ввода ее в эксплуатацию.

Современный метод расчета строительных конструкций по предельным состояниям появился во многом благодаря фундаментальным исследованиям действительной работы стальных каркасов производственных зданий, которые в различные годы выполняли С.Л.Ьерн-штейн [9, 35] , Н.С.Стрелецкий [67, 6о] , Л.И.Кикин [37] , A.H.Гениев [24], Г.А.Шапиро [84], Е.И.Ееленя [5, 24J, А.А.Васильев [37], Б.Н.Кошутин [37] и многие другие советские ученые. На основе анализа результатов исследований действительной работы стало возможным в известной мере устранить явное несоответствие между действительной работой конструкции и ранее существовавшими расчетными предположениями. На необходимость дальнейшего развития методики расчета неоднократно указывал II.С.Стрелецкий, отмечавший недостаточную обоснованность коэффициентов запаса [72]. При этом видное место в дальнейших исследованиях отводилось "углублению вопроса связи работы конструкции и материала с условиями эксплуатации". Исходя из необходимости выполнения прогнозов и оценок поведения проектируемых конструкций в конкретных условиях эксплуатации, Н.С.Стрелецкий ставил учет условий и продолжительности эксплуатации конструкций в число первоочередных задач развития основных положений расчета строительных конструкций по предельным состояниям [72, 73]. Поэтому опыт эксплуатации неслучайно вызывает особый интерес с позиций развития положений расчета, так как представляет собой по существу длительный эксперимент, поставленный в реальных условиях.

Эксплуатируемые строительные конструкции неизбежно подвергаются коррозионным и другим случайным воздействиям, обусловливающим их физический износ. Физический износ следует рассматривать как необратимый во времени процесс накопления в конструкции случайных повреждений. Вследствие этого конструкция постепенно утрачивает способность противостоять внешним воздействиям и по истечении некоторого промежутка времени достигает состояния, характеризуемого как предельное.

В реальных условиях эксплуатации начальная несущая способность даже отдельно взятой конструкции и ее изменение во времени зависят от целого ряда случайны): факторов, образующих статистически устойчивую совокупность и может рассматриваться как случайный процесс. Следовательно, ресурс строительной конструкции может рассматриваться только как величина случайная, зависящая от случайной величины начальной несущей способности конструкции и интенсивности ее изменения в конкретных условиях эксплуатации. Поэтому представляется, что только вероятностные зависимости наиболее полно отражают действительную работу конструкции, не вступая в противоречие со случайной природой наблюдаемых процессов.

На привлечении к анализу работы конструкции в реальных условиях эксплуатации вероятностно-статистической трактовки основывается современная теория расчета строительных конструкций на надежность. Развитие этой теории и оценку перспектив практической реализации рассматриваемых в ней подходов следует связывать с исследованиями, которые в разные годы проводили М.Майер Гі02] , Н.ё.Хоциалов [83], Н.С.Стрелецкий [70, 72, 73] , А.Р.Ржаницъш [56, 57, 59], В.В.Болотин [12, 15, 16, 17, 18] и ряд других советских и зарубежных ученых.

Благодаря этим исследованиям определился научный подход к решению проблемы оценки технического состояния и ресурса строительных конструкций, основаній»! на анализе их надежности. Однако практическая реализация вероятностно-статистического подхода во многом зависит от разработки соответствующих инженерных методик, которые прежде всего призваны обеспечить возможность получения сопоставимых оценок технического состояния и ресурса эксплуатируемых строительных конструкций как результата статистической обработки данных, получаемых при их натурном обследовании. Очевидно, для этого должна быть использована модель, позволяющая достаточно полно описывать процесс эксплуатации строительной конструкции, получать объективные оценки ее технического состояния и прогнозировать остаточный ресурс. Кроме того, модель должна включать параметры, отражающие меру реализации резерва несріей способности конструкции и допускающие ясную физическую трактовку и количественную оценку по данным натурного обследования конструкции инженерными методами. При этих условиях результаты оценки будут аккумулировать достоверную статистическую информацию о закономерностях физического износа конструкций промышленных зданий и сооружений в конкретных условиях эксплуатации, на -основе анализа которой в перспективе можно будет вплотную подойти к учету условий и продолжительности эксплуатации конструкции на стадии проектирования. Такие оценки в будущем станут одним из важнейших исходных данных для перспективного планирования капиталовложений в развитие отдельных отраслей промышленности.

Целью работы являются: выбор, теоретическое обоснование и разработка вероятностно-статистической модели описания процесса эксплуатации строительной конструкции; разработка основ построения инженерной методики оценки показателей надежности эксплуатируемой строительной конструкции; разработка инженерной методики оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций промышленных зданий и сооружений.

В диссертации приводится краткий обзор работ и результатов исследований физического износа эксплуатируемых конструкций, а также способов оценки их технического состояния и остаточного ресурса; дается краткий обзор и анализ возможных подходов к решению поставленной задачи вероятностно-статистическими методами теории надежности.

В работе представлены: физические предпосылки и обоснование предлагаемого подхода к описанию процесса эксплуатации строительной конструкции на основе кумулятивной модели надежности; интер 8 претация параметров состояния эксплуатируемой конструкции; методы их оценки; анализ значимости и возможности определения при выполнении натурного обследования необходимых для оценки (информативных) физических параметров конструкции; обобщение предлагаемого подхода на случай оценки безотказности эксплуатируемой строительной конструкции как многоэлементной системы; методы прогнозирования показателей безотказности и долговечности эксплуатируемой строительной конструкции.

В диссертации подробно анализируются приемы сбора и методы статистической обработки данных натурного обследования эксплуатируемой конструкции; даются конкретные рекомендации по проведению натурного обследования; приводятся результаты экспериментального исследования погрешности определения предела текучести стали (по твердости); рассматриваются возможности реального учета априорной информации; обсуждаются принципы технико-экономического обоснования целесообразности проведения натурного обследования эксплуатируемых конструкций.

Как основной результат исследования приводится вариант инженерной методики оценки технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса несріих стальных стержневых конструкций, эксплуатируемых в условиях квазистатического нагружения.

Полученные в работе результаты могут быть использованы в практике анализа эксплуатационного состояния несущих стальных стержневых конструкций промышленных зданий и сооружений, а также при проектировании стальных стержневых конструкций на стадии сравнения вариантов.  

Ранние подходы. Вероятностно-экономический подход

Последние десятилетия все больше внимание исследователей привлекает решение проблемы учета условий и продолжительности эксплуатации конструкций. Особенно важной она становится в связи с расширением и реконструкцией промышленных предприятий, когда необходимо анализировать и учитывать в расчетах достоверную статистическую информацию об особенностях длительной эксплуатации конструкции в конкретных условиях, полученную при проведении натурного обследования.

Известно, что проблемы технического перевооружения, реконструкции и расширения действующих предприятий всегда оставались актуальными и рассматривались в экономическом и научно-техническом аспектах. Так, найдено [45J, что экономически выгодной степенью обновления зданий и сооружений считается такая, при которой дополнительные затраты составляют 20-30% общей стоимости. В то же время срок физической долговечности проектируемых конструкций в среднем составляет 50-60 лет, а срок морального износа часто не превышает 20 лет, то есть наблюдается явная диспропорция между ними. Это во многом обусловливает валеность развития научно-технического аспекта проблемы реконструкции.

Решения задач проблемы реконструкции имеют определенную историю. Н.С.Стрелецкому [бб] принадлежит первый качественный анализ влияния продолжительности эксплуатации на коэффициент запаса несущей способности эксплуатируемых стальных мостов.

Исходя из того, что вероятность появления "случайностей, представляющих опасность для сооружения", зависит от продолжительности его эксплуатации, Н.С.Стрелецкий делает вывод о необходимости рассматривать коэффициент запаса как функцию времени. При этом предполагалось, что "случайности" могут быть разбиты на две категории. К первой относятся "внешние случайности , не зависящие от состояния сооружения, а ко второй относятся "случайности", зависящие от состояния сооружения. Причем считалось, что вероятность появления "случайностей" первой категории при постоянных условиях ухода достаточно постоянна и не зависит от продолжительности эксплуатации, за исключением последнего периода службы сооружения, когда вероятность перегрузки есть убывающая функция оставшихся лет эксплуатации сооружения. Поэтому кривая "внешних опасностей" представлялась гиперболой с достаточно постоянной асимптотической частью и резко понижающей конечной, а вероятность появления "случайностей" второй категории вследствие физического износа сооружения постепенно увеличивается.

Далее, рассматривая обе категории в совокупности, Н.С.Стрелецкий приходит к выводу, что "реальные опасности к концу срока службы сооружения могут уменьшаться, если оно находится в достаточно годном состоянии" (рис.1).

Несмотря на то, что рассмотренный в [68] подход к описанию процесса эксплуатации являлся чисто интуитивным и основанным на большом опыте личных наблюдений, следует отметить, что здесь присутствует важный элемент статистического анализа опыта эксплуатации мостов. Он уже в то время позволил обосновать увеличение срока службы мостов перед их заменой за счет введения в поверочные расчеты норм НКДС значений допускаемых напряжений, превышающих их нормированное значение и исключения из рассмотрения ряда случайных нагрузок (ураганный ветер и торможение).

Следует особо выделить одну из характерных черт подхода, которая во многом предопределила направление ряда исследований. Это трактовка процесса физического износа сооружения с позиции появления в конструкции случайных повреждений, - "случайные опасности второй категории", то есть задача оценки закономерностей физического износа непосредственно сводилась к оценке закономерностей появления, развития и накопления в конструкции случайных повреждений. Отметим, что строгое решение задачи в такой постановке не представляется возможным и по настоящее время. Среди ряда причин, затрудняющих решение задачи, Н.С.Стрелецкий выделял "отсутствие единого измерителя повреждений". Впоследствии это обстоятельство послужило серьезным доводом в пользу развития экономических подходов к назначению срока службы конструкции из условия минимума среднеожидаемых затрат на возведение и эксплуатацию сооружения [71] .

Особенно активно развивается экономический подход последние десятилетия. При этом используется бесспорный довод о том, что требования к повышению надежности и экономичности конструкции находятся в очевидном противоречии, а потому решение задачи о назначении оптимального срока службы сооружения в целом должно быть компромиссным [29, 30, 57, 59, 60, 74].

Физический износ и параметрический отказ эксплуатируемой строительной конструкция

Эксплуатация строительной конструкции, как отмечалось выше, неизбежно сопровождается ее физическим износом. Вследствие этого конструкция постепенно утрачивает способность противостоять внешним воздействиям и по истечении некоторого промежутка времени достигает состояния, характеризуемого как предельное.

Понятие предельного состояния занимает центральное место в теории расчета конструкции [2, 3, 7S]. Считается, что состояние конструкции является предельным, если один или несколько ее параметров (напряжения, деформации) достигли некоторых предельно допустимых значений, назначенных с учетом требований к нормальной эксплуатации конструкции. В настоящее время, наряду с понятием предельного состояния, широко используется адекватное понятие параметрического отказа (отказ по napaivieTpy), означающее переход конструкции из работоспособного состояния в неработоспособное. Естественно, параметрический отказ наступит по истечении некоторого срока, составляющего ресурс эксплуатируемой конструкции, и при этом один ЙЛЯ несколько параметров ее состояния достигают предельно допустимых значений.

Известно, что процесс изменения во времени параметров состояния конструкции формируется под влиянием достаточно большой группы случайных по своей природе факторов. Их можно условно разделить на две большие группы: конструктивно-технологические и эксплуатационные. К конструктивно-технологическим относятся факторы, от которых зависит качество изготовления, транспортирования и монтажа конструкции, а также тип конструкции и конструктивное решение ее элементов. К эксплуатационным факторам относятся условия нагружения конструкции, температурный и влажност-ный режим, химический состав окружающей среды и целый ряд других, включая уровень проведения ремонтно-профилактических мероприятий. В целом случайные факторы образуют статистически устойчивую совокупность, что является необходимым условием использования основных положений теории вероятностей и математической статистики для описания случайного процесса изменения несущей способности конструкции в реальных условиях эксплуатации.

Процесс эксплуатации строительной конструкции в условиях случайных воздействий можно интерпретировать процессами квазимонотонного изменения во времени параметров ее состояния. В общем случае можно считать, что состояние конструкции на любой момент времени будет полностью определено совокупностью " га " параметров состояния, вводимыми по числу возможных видов ее предельного состояния. Так, например, для стальных строительных конструкций в качестве параметров состояния могут рассматриваться несущая способность по прочности, устойчивости и деюормативности. Если аппроксимировать случайный процесс изменения состояния эксплуатируемой строительной конструкции случайным вектором конечного числа измерений, то параметры состояния будут являться компонентами вектора состояния (Ц) в конечномерном пространстве возможных состояний конструкций. Затем, исходя из физических представлений о действительной работе конструкции и условий ее нормальной эксплуатации, можно разграничить пространство состояний некоторой условной поверхностью (со) на область работоспособных состояний (ft) и область неработоспособных состояний (Г) .

Тогда процесс исчерпания несущей способности конструкции можно интерпретировать как квазимонотонное приближение вектора ( U) к поверхности предельных состояний (со) за промежуток времени [О, Т] . Пересечение поверхности предельных состояний (со) вектором состояния (14) в некоторый момент времени (t [О,TJ) будет соответствовать переходу конструкции в область неработоспособных состояний, то есть наступлению параметрического отказа.

Таким образом, условие работоспособности строительной конструкции можно выразить в виде: Й«2: H(t)fi, U[O,T] или в виде предельного неравенства: bep{U(t) U4 P,, U W, ( .I) где Р - доверительная вероятность выполнения предельного неравенства, назначенная с учетом степени ответственности сооружения и возможных последствий, вызванных отказом ; Wj, - предельно допустимое значение величины несущей способности параметра состояния эксплуатируемой строительной конструкции .

На современном этапе разработки инженерных методик оценки технического состояния строительных конструкций представляется оправ.цанньті и целесообразным принимать предельно допустимое значение величины несущей способности (параметра состояния) конструкции - уровень Нд равным величине усилия (комбинации составляющих усилий), определяемого методами строительной механики от расчетного сочетания нагрузок.

Методы оценки распределения несущей способности элементов строительной конструкции по результатам натурного обследования

Практическая реализация рассмотренного подхода возможна только в том случае, если по данным обмеров и контрольных испытаний удастся оценить распределение несущей способности (параметра состояния) обследуемого элемента конструкции. Поэтому представляется необходимым рассмотреть возможные методы получения таких оценок.

В общем случае закон и числовые характеристики распределения случайной величины несущей способности (параметра состояния) элемента конструкции U CtO , рассматриваемой по сечению случай-ного процесса U (X) на момент обследования t «і;. , можно определить только приближенными методами. При этом считаются известными распределения механических и геометрических характеристик обследуемого элемента и функциональная зависимость, отражающая принятую расчетную схему элемента в конструкции. Данная задача, по существу, сводится к задаче определения закона или числовых характеристик распределения функции случайных аргументов и решается аналитическими или численными методами.

К численным методам, ориентированным на использование быстродействующих ЭВМ, следует отнести методы статистического моделирования (методы Монте-Карло) . Формализованная процедура расчета включает: а) выбор дискретной схемы, аппроксимирующей расчетную мо дель ; б) моделирование представительных выборок случайных аргу ментов ; в) многократный расчет по назначенной детерминистической модели для получения выборки реализаций случайной функции ; г) последующая статистическая обработка результатов расче та, включающая оценивание числовых характеристик и проверку ста тистических гипотез согласованности теоретического и статистиче ского распределения.

Погрешность методов статистического моделирования в основном обусловливается ограниченным объемом представительных выборок случайных аргументов. Поэтому зшеньшение погрешности методов связано с необходимостью увеличения объема исходных выборок и затрат машинного времени. По этой причине для конструкций, имеющих весьма высокую надежность, использование методов статистического моделирования часто представляется не эффективным. Отмеченный недостаток отчасти можно преодолеть, если удается применить модифицированные методы статистического моделирования. Идея "модификации" состоит в том, что уже при небольшом числе испытаний строится гистограмма распределения частот и осуществляется выбор аппроксимирующего (теоретического) закона распределения.

Существенный недостаток указанных методов, тесно связанный с их природой, состоит в невозможности оценки влияния изменчивости каждого из случайных аргументов на изменчивость моделируемого распределения в целом. Несмотря на отмеченные недостатки, методы статистического моделирования позволяют исследовать достаточно сложные нелинейные зависимости, а разработанный к настоящему времени комплекс стандартных алгоритмов расчета делают их весьма мощным и универсальным средством решения указанной задачи.

В практике инженерных расчетов достаточно иметь сопоставимые оценки безотказности и долговечности, а поэтому наиболее приемлемы аналитические методы и, в частности, методы статистической линеаризации. Идея, объединяющая эти методы, состоит в том, что нелинейная в общем случае функциональная зависимость аппроксимируется статистически эквивалентной совокупностью линейных функций.

Чаще всего процедура линеаризации сводится к разложению нелинейной функции в степенные ряды в окрестности ожидаемых значений случайных аргументов. Если при этом справедливо предположение о малой изменчивости случайных аргументов, то метод статистической линеаризации можно интерпретировать как метод малых случайных возмущений.

Погрешность методов статистической линеаризации в основном обусловлена величиной изменчивости случайных аргументов и степенью нелинейной функциональной зависимости, При этом, чем ближе функциональная зависимость к линейной и чем меньше изменчивость случайных аргументов, тем меньше погрешность, вносимая линеаризацией. Некоторого уменьшения погрешности расчета можно добиться за счет удержания в разложении членов ряда высшего порядка, но при этом существенно возрастает объем вычислений. В частном случае, когда функциональная зависимость "линейна", метод малых возмущений позволяет получать "точные" значения числовых характеристик. Основной недостаток методов статистической линеаризации состоит в необходимости принятия рабочей гипотезы о законе распределения функции случайных аргументов. Поскольку процесс U (t) формируется под влиянием достаточно большого числа случайных факторов, образующих статистически устойчивую совокуп-ность, то можно считать, что для процесса U (X) выполняются условия центральной предельной теоремы и по сечению процесса следует рассматривать случайную величину w і.ї\) , распределенную по нормальному закону.

Способы и методы оценки информативных параметров геометрий сечений элементов конструкций

Количественная оценка геометрических размеров сечения элементов конструкции может быть получена относительно просто путем прямых измерений. Для этой цели можно воспользоваться разнообразными измерительными инструментами и, в частности, для оценки размеров сечения неповрежденного участка элемента конструкции достаточную точность и достоверность результатов измерения обеспечивает использование стальной миллиметровой линейки (+0,5 мм) и штангенциркуля (+0,1 мм). Если геометрические размеры известны, то уже нетрудно вычислить площадь, статическую или инерционную характеристики, т.е. информативные параметры геометрии сечения элемента (конструкции). При этом, как уже отмечалось, следует выявить не только сре дние (ожидаемые) значения этих параметров, но и возможные пределы их варьирования. К примеру, пределы варьирования по площади сечений стальных прокатных профилей в объеме генеральной совокупности составляют от -5 до +3% по условиям прокатки на "минусовых допусках" . Поэтому характеристики сечения прокатных профилей, приведенные в сортаменте, могут рассматриваться в качестве приближенных оценок ожидаемых значений соответствующих генеральных распределений.

Исследования показывают, что даже для отдельно взятого элемента эксплуатируемой конструкции изменчивость параметров геометрии его сечения можно связывать с изменчивостью толщины, обусловленной, главным образом, случайным характером протека-, ния коррозионного износа эксплуатируемой конструкции и отчасти случайными искажениями результатов прямых измерений толщины сечения элемента при проведении натурного обследования.

Следует особо выделить, что одной из основных причин преждевременного снижения несущей способности, а следовательно, безотказности и долговечности эксплуатируемых стальных конструкций является коррозионный износ.

Под коррозионным износом понимают протекающие во времени последовательные разрушения металла от поверхности в глубину, обусловленные двумя процессами: электрохимическое взаимодействие стали (ее составляющих) с коррозионной средой и механическое разрушение защитной пленки, образующейся на поверхности (пассивированного слоя) элементов конструкции, вызванное деформациями фибровых волокон при нагружении и разгрузке. Коррозионной средой является пленка влаги, в которой растворены кислород и двуокись углерода, а в промышленной атмосфере -также двуокись серы, окиси азота, сероводород и другие газы. В зависшлости от особенностей протекания каждого из указанных выше процессов, их перекрестного действия и результата различают следующие виды коррозии.

1. Общая коррозия - возникает при взаимодействии всей поверхности металла с коррозиоьшой средой и может быть равномерной и неравномерной.

2. Местная коррозия характеризуется ускоренным разрушением отдельных участков поверхности металла, остальная часть поверхности имеет равномерный коррозионный износ. Разновидностями местной коррозии являются коррозия:

а) пятнами и язвами, когда поражение локализовано на не значительной (по площади) поверхности металла, т.е. диаметр поражения меньше или равен глубине поражения ;

б) точечная питтинговая , когда поражение локализовано на незначительной (по площади) поверхности металла, причем диа метр поражения значительно меньше глубины поражения ;

в) межкристаллитная - избирательное разрушение металла по границам зерен. Разновидностями межкристаллитной коррозии являются расслаивающая коррозия и коррозия под напряжением, когда коррозионньш износ сопровождается образованием микротрещин.

Наиболее распространенными видами коррозионного износа несущих стальных конструкций являются общая равномерная коррозия и коррозия пятнами или язвами, приводящая в основном к уменьшению начальной толщины сечения элементов без заметного локального изменения напряженно-деформированного состояния металла в окрестности очагов поражения. Поэтому для определения геометрических размеров "живого" сечения элемента, а точнее, для определения фактической толщины сечения, в практике обследования пользуются микрометрированием - измерением толщины элемента после зачистки его поверхности от продуктов коррозии. Зачистка поверхности элемента на выбранном участке обычно производится шабером или стальными щетками до ровного металлического блеска. При наличии признаков пятнистой или язвенной коррозиии диаметры пятен легче измерить, если вместо стальной щетки использовать для зачистки абразивные бруски, которыми, как торцевыми шаберами, зачистка производится в двух перекрестных направлениях. При общей равномерной и неравномерной коррозии измерение толщины сечения элемента можно производить с помощью микрометрической скобы. Более удобно использовать для измерения толщины сечения элемента, как в случае общей коррозии, так и для определения глубины язв, специальную разводную скобу с индикаторной головкой (индикатор часового типа). Если необходимо измерять толщину элемента при относительно глубоких язвах (более 0,2 мм), то в индикаторной головке следует заменить наконечник с запрессованным шариком на стальную иглу.

Похожие диссертации на Оценка технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса эксплуатируемых стальных стержневых конструкций